17.氣候變化是目前全球最重要、最緊迫的議題之一.CO2的綜合利用是解決該問題的有效途徑.
(1)可利用CH4與CO2制備“合成氣(CO、H2)”,還可制備甲醇、二甲醚、碳基燃料等產(chǎn)品.
甲烷二氧化碳干式重整涉及以下反應(yīng):
?。瓹H4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)ΔH1 K1
ⅱ.CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)ΔH2 K2
ⅲ.CH4(g)+2H2O(g)?CO2(g)+4H2(g)ΔH3 K3
ΔfHmθ為標準摩爾生成焓,其定義為標準狀態(tài)下,由穩(wěn)定相態(tài)的單質(zhì)生成1mol該物質(zhì)的焓變.對于穩(wěn)定相態(tài)單質(zhì),其ΔfHmθ為零.根據(jù)下表所示數(shù)據(jù),計算反應(yīng)ⅰ的反應(yīng)熱ΔH1=
.
物質(zhì) |
CH4 |
CO2 |
CO |
ΔfHmθ(kJ?mol-1) |
-74.8 |
-393.5 |
-110.5 |
(2)利用“合成氣”合成甲醇后,甲醇脫水制得二甲醚的反應(yīng)為:2CH
3OH(g)
CH
3OCH
3(g)+H
2O(g),當T=500K時,反應(yīng)平衡常數(shù)K
c≈9,該溫度下,在密閉容器中加入一定量CH
3OH,反應(yīng)到達平衡狀態(tài)時,體系中CH
3OCH
3(g)的物質(zhì)的量分數(shù)
(填標號).
a.<
b.=
c.>
d.無法確定
(3)以CO
2為原料合成甲醇可以減少CO
2的排放,實現(xiàn)碳的循環(huán)利用.一種銅基催化劑對該反應(yīng)有良好的催化效果.
①有學者提出CO
2轉(zhuǎn)化成甲醇的催化機理如圖1所示.反應(yīng)的副產(chǎn)物有
.
②一定條件下使CO
2、H
2混合氣體通過反應(yīng)器,檢測反應(yīng)器出口氣體的成分及其含量,計算CO
2的轉(zhuǎn)化率和CH
3OH的選擇性以評價催化劑的性能.
已知:反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)有:
a.CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)ΔH=-49.5kJ?mol
-1b.CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH=+41.2kJ?mol
-1CH
3OH選擇性=
×100%
?。?20℃時,測得反應(yīng)器出口氣體中全部含碳物質(zhì)的物質(zhì)的量之比n(CH
3OH):n(CO
2):n(CO)=1:7.20:0.11,則該溫度下CO
2轉(zhuǎn)化率=
×100%(列出計算式,不必化簡).
ⅱ.其他條件相同時,反應(yīng)溫度對CO
2的轉(zhuǎn)化率和CH
3OH的選擇性的影響如圖2、圖3所示:
溫度高于260℃時,CO
2平衡轉(zhuǎn)化率變化的原因是
.由圖3可知,溫度相同時CH
3OH選擇性的實驗值略高于其平衡值,從化學反應(yīng)速率的角度解釋原因
.
(4)工業(yè)上也可以用電解法捕獲CO
2,以太陽能電池為電源,在酸性水溶液中用惰性電極電解制得乙烯,則生成乙烯的電極反應(yīng)為
.